(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縮小と拡大が繰り返されるポンプ室（１）の一部を形成する円筒壁部（10）と、自由状態で該円筒壁部（10）に同軸心状に配設されると共に上記ポンプ室（１）を縮小・拡大させるための駆動軸部（30）と、上記円筒壁部（10）と上記駆動軸部（30）と連結する連結壁部（20）とを、一体成型したダイヤフラムに於て、
上記連結壁部（20）は、自由状態で、上記駆動軸部（30）の一端面（32）の周縁部（32ａ）から軸心一方向（Ｎ１）に突出しつつラジアル外方向へ弯曲する第１弯曲壁部（21）と、軸心直交状の平面状壁部（22）と、ラジアル外方に延伸しつつ上記軸心一方向（Ｎ１）に弯曲して上記円筒壁部（10）に連続する第２弯曲壁部（23）とを、一体連続状に有する横断面Ｓ字状に形成され、上記連結壁部（20）の上記第１弯曲壁部（21）が、上記駆動軸部（30）の上記一端面（32）に接近するにつれて、肉厚寸法（ｔ）がしだいに増加するように形成されていることを特徴とするダイヤフラム。
【請求項２】
上記円筒壁部（10）の内径寸法を（Ｄ10）、上記駆動軸部（30）の上記一端面（32）の外径寸法を（ｄ）とすると、０．４５・Ｄ10≦ｄ≦０．６０・Ｄ10なる数式が成立するように、上記駆動軸部（30）の上記外径寸法を小さく設定した請求項１記載のダイヤフラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤフラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体を圧送するための流体用ダイヤフラムポンプに用いられるダイヤフラムは、縮小（圧縮）・拡大されるポンプ室の一部を形成する円筒壁部と、ポンプ室を縮小（圧縮）・拡大するための円柱状の駆動軸部と、円筒壁部と駆動軸部と連結する横断面Ｌ字状の連結壁部と、を一体成型したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
即ち、図７と図８に示すように、従来のダイヤフラム９は、円筒壁部91と、自由状態で円筒壁部91に同軸心状に配設される円柱状の駆動軸部93と、円筒壁部91と駆動軸部93と連結する横断面Ｌ字状の連結壁部92とを、一体成型していた。
従来の連結壁部92は、駆動軸部93の外周面からラジアル外方へ突出するにつれて次第に軸心一方向Ｎ１´に弯曲して円筒壁部91と連結する横断面Ｌ字状に形成され、肉厚寸法ｔ´は、均一であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４１５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのため、従来の連結壁部92と駆動軸部93の連結部位Ｅ´は、急激に厚みが変化する段付き形状となり、応力集中が発生する虞の高い形状であった。
特に、図８に示すように、駆動軸部93が往復運動すると、連結部位Ｅ´は、小さい鋭角に折られると共に、強い曲げ応力（引張力や圧縮力）を受けていた。従って、応力集中が発生すると共に、繰り返しによる疲労が蓄積されて、亀裂や破れ、切断等の損傷が発生し、耐久性に問題があることが判明した。
【０００５】
そこで、本発明は、耐久性に優れ、長期間使用可能なダイヤフラムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のダイヤフラムは、縮小と拡大が繰り返されるポンプ室の一部を形成する円筒壁部と、自由状態で該円筒壁部に同軸心状に配設されると共に上記ポンプ室を縮小・拡大させるための駆動軸部と、上記円筒壁部と上記駆動軸部と連結する連結壁部とを、一体成型したダイヤフラムに於て、上記連結壁部は、自由状態で、上記駆動軸部の一端面の周縁部から軸心一方向に突出しつつラジアル外方向へ弯曲する第１弯曲壁部と、軸心直交状の平面状壁部と、ラジアル外方に延伸しつつ上記軸心一方向に弯曲して上記円筒壁部に連続する第２弯曲壁部とを、一体連続状に有する横断面Ｓ字状に形成され、上記連結壁部の上記第１弯曲壁部が、上記駆動軸部の上記一端面に接近するにつれて、肉厚寸法がしだいに増加するように形成されているものである。
また、上記円筒壁部の内径寸法をＤ10、上記駆動軸部の上記一端面の外径寸法をｄとすると、０．４５・Ｄ10≦ｄ≦０．６０・Ｄ10なる数式が成立するように、上記駆動軸部の上記外径寸法を小さく設定したものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ポンプ室を拡大・縮小する際に、駆動軸部と連結壁部の連結部位に、応力集中が発生するのを緩和して、亀裂等の損傷を防止できる。耐久性が向上し、長期間にわたって使用できる（寿命が延びる）。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の一形態を示す縦断面図である。
【図２】要部拡大断面図である。
【図３】要部拡大断面図である。
【図４】作用説明図である。
【図５】使用状態の一例を具体的に示したダイヤフラムポンプの要部断面図である。
【図６】ダイヤフラム集合体とした場合を具体的に示した斜視図である。
【図７】従来例の縦断面図である。
【図８】従来例の使用状態を説明する要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図示の実施形態に基づき本発明を詳説する。
本発明に係るダイヤフラム３は、図１に示す実施の一形態に於て、縮小と拡大が繰り返されるポンプ室１の一部を形成する円筒壁部10と、自由状態で円筒壁部10に同軸心状に配設されると共にポンプ室１を縮小・拡大させるための円柱状の駆動軸部30と、円筒壁部10と駆動軸部30を連結する連結壁部20と、を一体成型したゴム製のダイヤフラムである。なお、図１では、円筒壁部10と連結壁部20と駆動軸部30と他部との境界（線）を一軸心Ｌと直交する二点鎖線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４にて示している。一軸心Ｌは、自由状態のダイヤフラム３の軸心であり、また、円筒壁部10の軸心とも言える。
図６に例示するように、３個のダイヤフラム３，３，３を横膜部11と一体成型する等、複数個のダイヤフラム３を一体構造とする（ダイヤフラム集合体13とする）のが望ましい。但し、ダイヤフラム３を単数個ずつ成型して、これを１個のダイヤフラムポンプに複数個組立てて使用するも自由である。
図５に於て、本発明に係るダイヤフラム３を組込んだダイヤフラムポンプ２の一例を示し、図６にて述べたダイヤフラム集合体13を適用している。駆動軸部30から斜板14の孔部に挿入して組立てられる連結軸部15が延設されている。アクチュエータ17の出力軸18が回転すると、斜板14が偏心運動を起こし、ダイヤフラム３は、図５の左側に示した膨張状態と、図５の右側に示した圧縮（縮小）状態とに交互に切換わり、かつ、弁体19と弁座部24の弁機能によって、矢印25の方向から流体を吸い込んで、圧力流体が矢印26方向に吐出する。
【００１０】
図１及び図２に於て、連結壁部20は、未装着の自由状態で、駆動軸部30の一端面32の周縁部（外周縁部）32ａから一軸心Ｌの軸心一方向Ｎ１に突出するにつれて次第にラジアル外方に弯曲する第１弯曲壁部21と、第１弯曲壁部21の先端21ａから（駆動軸部30）ラジアル外方へ向かって一軸心Ｌに直交する平面状（軸心直交状と呼ぶ場合もある）に形成される円環平面状壁部22と、円環平面状壁部22の外径端縁部22ａからラジアル外方へ向かうにつれて次第に軸心一方向Ｎ１に弯曲して円筒壁部10に連結する第２弯曲壁部23と、を有する横断面略Ｓ字状に形成されている。
なお、図１及び図２では、第１弯曲壁部21と円環平面状壁部22の境界を一軸心Ｌと平行な二点鎖線Ｊ１にて示している。また、円環平面状壁部22と第２弯曲壁部23の境界を一軸心Ｌと平行な二点鎖線Ｊ２にて示している。
【００１１】
図２及び図３に於て、第１弯曲壁部21は、未装着の自由状態で、基端部21ｂに、横断面形状で駆動軸部30の外周面31と一軸心Ｌに平行な直線状に連続する基端外周面51と、駆動軸部30の軸心直交平面状の一端面32と連続する弯曲凹状（凹Ｒ状）の基端内周面52と、を有している。
また、第１弯曲壁部21は、中間部21ｃに、弯曲凹状（凹Ｒ状）の中間外周面53と、弯曲凸状（凸Ｒ状）の中間内周面54と、を有している。
なお、図２では、駆動軸部30と連結壁部20の境界を二点鎖線Ｓ３にて示している。また、第１弯曲壁部21の基端部21ｂと中間部21ｃの境界を一軸心Ｌと直交する二点鎖線Ｋ１で示し、中間部21ｃと先端部21ｄの境界を一軸心Ｌと平行な二点鎖線Ｋ２にて示している。
【００１２】
図３に於て、基端内周面52は、基端半径寸法Ｒａで形成されている。
中間外周面53は、第１半径寸法Ｒ１で形成されている。中間内周面54は第１半径寸法Ｒ１より大きな第２半径寸法Ｒ２で形成されている。そして、中間内周面54（第２半径寸法Ｒ２）の中心点を、中間外周面53（第１半径寸法Ｒ１）の中心点よりも、一軸心Ｌ寄り（駆動軸部30）に配設している。
【００１３】
つまり、基端部21ｂの肉厚寸法ｔ（ｔ１）及び中間部21ｃの肉厚寸法ｔ（ｔ２）は、駆動軸部30の一端面32から円環平面状壁部22側へ向かうにつれて次第に肉厚寸法ｔが小さくなるように形成されている。基端部21ｂ及び中間部21ｃは段差無く滑らかに連続状に形成されている。
言い換えると、基端部21ｂ及び中間部21ｃは、円環平面状壁部22側から駆動軸部30に向かうにつれて次第に肉厚寸法ｔが大きくなるように形成されている。
【００１４】
なお、第２半径寸法Ｒ２は、第１半径寸法Ｒ１の１.５〜３倍、好ましくは、２〜２．７倍に設定するのが好ましい、上述の上限値を越えると、急激に肉厚寸法ｔが変化して、応力集中が発生する虞がある。下限値未満であると肉厚寸法ｔが均一状となって基端部21ｂ寄りで応力集中が発生する虞がある。  
また、基端半径寸法Ｒａと第１半径寸法Ｒ１は、同等の大きさに設定することで、段差無く滑らかで急激な肉厚変化がなく応力集中の発生を緩和可能な形状としている。
【００１５】
また、第１弯曲壁部21の先端部21ｄは、その肉厚寸法ｔ（ｔ３）が、平面状壁部22の肉厚寸法ｔ（ｔ４）と同等で、平面状壁部22に滑らか（無段差）に接続している。
また、平面状壁部22の肉厚寸法ｔ（ｔ４）と第２弯曲壁部23の肉厚寸法ｔ（ｔ５）は同等に形成され、第２弯曲壁部23に滑らかに連結している。
【００１６】
また、図１に於て、第２弯曲壁部23の肉厚寸法ｔ（ｔ５）と円筒壁部10の（横膜部11よりも下方側の）肉厚寸法ｔ（ｔ６）は同等に形成され、円筒壁部10に滑らかに連結している。
また、第２弯曲壁部23の内周面は第３半径寸法Ｒ３で形成され、外周面は第３半径寸法Ｒ３と中心点が同じで第３半径寸法Ｒ３より僅か（肉厚寸法ｔ分だけ）大きい第４半径寸法で形成されている。即ち、第２弯曲壁部23は肉厚寸法ｔが均一に形成されている。
【００１７】
また、円筒壁部10の内径寸法をＤ10、駆動軸部30の一端面32の外径寸法をｄとすると、０．４５・Ｄ10≦ｄ≦０．６０・Ｄ10なる数式が成立するように、駆動軸部30の外径寸法を小さく設定した構成である。下限値未満であると、駆動軸部30が図５に示したように斜板14から受ける外力を、円滑に第１弯曲壁部21や第２弯曲壁部23へ伝達できず、局部的に無理な（過大な）応力を発生して、ダイヤフラム３の寿命が急に短くなる。逆に上限値を越えると、第１弯曲壁部21や第２弯曲壁部23が短くなって弾性変形が困難になり、応力集中を緩和できなくなる（応力集中が発生する）虞がある。
なお、図１と図５に示すように、横膜部11よりも上方側の円筒壁部10の肉厚寸法が小さく設定されて、さらに、上方へ延伸して、円筒弁部12が連設される。
【００１８】
なお、図５に示す流体用ダイヤフラムポンプ２は、ケーシング６や斜板14、伝達軸８、傘状弁体19等を備え、伝達軸８が、出力軸18の軸心廻りに周回して、伝達軸８に取り付けられる斜板14が、ダイヤフラム駆動軸部30を往復運動させて、複数個のダイヤフラムが順次ポンプ室１を膨縮（拡大・圧縮）させることで、ポンプ動作を行なう複数気筒型である。
【００１９】
なお、本発明は、設計変更可能であって、単気筒型の流体用ポンプに使用しても良い。
【００２０】
次に、本発明のダイヤフラムの作用について説明する。
図４に示すように、実線で示すダイヤフラム３は、装着基準状態を示し、図１に示した未装着の自由状態に比べて、駆動軸部30が軸心一方向Ｎ１に移動した状態で斜板14によって保持されている。そして、アクチュエータ17が駆動すると、斜板14が揺動し、二点鎖線で示すように駆動軸部30の軸心Ｌａが一軸心Ｌに対して傾斜状に配設され軸心一方向Ｎ１側へ押されポンプ室１を圧縮状態にする圧縮姿勢と、二点鎖線で示すように駆動軸部30の軸心Ｌａが一軸心Ｌに対して傾斜状に配設され軸心他方向Ｎ２側へ引かれてポンプ室１を拡大（膨張）する拡大姿勢と、に繰り返し変化して、ポンプ室１を膨縮するポンプ作動を行なう（図５参照）。
【００２１】
図４と図５に示すように、ポンプ作動中は、駆動軸部30と連結壁部20の連結部位Ｅは、急に折曲げられることがなく、応力集中が発生するのが緩和されている。即ち、従来例を示した図８と、本発明を示した図５及び図４を比較すれば判るように、連結壁部20は極端に折曲がることなく、全体Ｓ字状に弾性的に弯曲変形し、応力集中箇所も生ずることなく、疲労に伴う亀裂等の虞もない。特に、第２弯曲壁部23及び第１弯曲壁部21によって、弾性的に柔軟に変形して無理な力（応力）が、連結部位Ｅに発生するのを緩和している。
また、第１弯曲壁部21の基端部21ｂは肉厚でコシが強く、連結部位Ｅがくの字状に屈曲するのを防止する。連結壁部20に発生する応力が均一化され、応力集中の発生が緩和される。
【００２２】
図７と図８に示した従来のダイヤフラム９を有するダイヤフラム集合体90は、連続使用で１５０時間で亀裂等の損傷が確認された。これに対して図１と図５に示したダイヤフラム３を有するダイヤフラム集合体13は、４５０時間以上でも損傷が確認できず、連続使用時間が３倍以上（４５０時間以上）延びたのを確認できた。
【００２３】
以上のように、本発明のダイヤフラムは、縮小と拡大が繰り返されるポンプ室１の一部を形成する円筒壁部10と、自由状態で円筒壁部10に同軸心状に配設されると共にポンプ室１を縮小・拡大させるための駆動軸部30と、円筒壁部10と駆動軸部30と連結する連結壁部20とを、一体成型したダイヤフラムに於て、連結壁部20は、自由状態で、駆動軸部30の一端面32の周縁部32ａから軸心一方向Ｎ１に突出しつつラジアル外方向へ弯曲する第１弯曲壁部21と、軸心直交状の平面状壁部22と、ラジアル外方に延伸しつつ軸心一方向Ｎ１に弯曲して円筒壁部10に連続する第２弯曲壁部23とを、一体連続状に有する横断面Ｓ字状に形成されているので、ポンプ室１を拡大・圧縮する際に、駆動軸部30と連結壁部20の接続部位Ｅに、応力集中が発生するのを緩和して、亀裂等の損傷を防止できる。耐久性が向上し、長期間にわたって使用できる（長寿命化できる）。特に、小さいケーシング内部空間に収納する必要があるダイヤフラムは、変形する壁部（膜部）が薄肉に形成されるため、従来では、応力集中が発生して損傷していたが、本発明によって応力集中が緩和されて、壁部を薄肉に形成しても十分な耐久性を得ることができ、特に、小型の流体用ダイヤフラムポンプに最適である。
【００２４】
また、連結壁部20の第１弯曲壁部21が、駆動軸部30の一端面32に接近するにつれて、肉厚寸法ｔがしだいに増加するように形成されているので、第１弯曲壁部21の基端部21ｂ側のコシを強くすると共に、平面状壁部22及び第２弯曲壁部23側を撓みやすくして、連結部位Ｅに応力集中が発生するような無理な力（応力）を発生させず亀裂等の破損を防止できる。さらに、連結壁部20にかかる応力を均一状にして応力集中や繰り返し荷重（疲労）による亀裂等の破損を防止できる。
【００２５】
また、円筒壁部10の内径寸法をＤ10、駆動軸部30の一端面32の外径寸法をｄとすると、０．４５・Ｄ10≦ｄ≦０．６０・Ｄ10なる数式が成立するように、駆動軸部30の外径寸法を小さく設定したので、駆動軸部30が受ける外力を、円滑に第１弯曲壁部21や第２弯曲壁部23へ伝達して、局部的に無理な（過大な）応力を発生させず、ダイヤフラム３の寿命を延ばすことができる。また、第１弯曲壁部21や第２弯曲壁部23を十分に弾性変形可能に形成でき、応力集中を緩和できる。
【符号の説明】
【００２６】
１  ポンプ室
10  円筒壁部
20  連結壁部
21  第１弯曲壁部
22  平面状壁部
23  第２弯曲壁部
30  駆動軸部
32  一端面
32ａ  周縁部
Ｄ10  内径寸法
ｄ  外径寸法
Ｎ１  軸心一方向
ｔ  肉厚寸法
【図１】
0005531038.tif 000002
【図２】
0005531038.tif 000003
【図３】
0005531038.tif 000004
【図４】
0005531038.tif 000005
【図５】
0005531038.tif 000006
【図６】
0005531038.tif 000007
【図７】
0005531038.tif 000008
【図８】
0005531038.tif 000009